Cenchrus purpureus和Cenchrus americanus的重测序组提供了可用于区分亚基因组的染色体标记

《Genome》：Cenchrus purpureus and Cenchrus americanus repeatome provide chromosomal markers to distinguish subgenomes

本研究通过基因组测序和荧光原位杂交，对比分析了Cenchrus purpureus和Cenchrus americanus的重复基因组成分，揭示了亚基因组特异性卫星DNA及转座子特征，为理解其进化关系提供了分子证据。

　　在本研究中，我们探讨了*Cenchrus purpureus*和*Cenchrus americanus*这两个在禾本科植物中具有重要经济价值的物种的重复基因组成分。这两种植物在基因组结构上存在显著差异，其中*C. americanus*为二倍体物种（2n=2x=14，AA基因组），而*C. purpureus*则是一种异源四倍体（2n=4x=28，A′A′BB基因组）。尽管它们的基因组结构不同，但两个物种在基因组同源性方面表现出高度一致性，这可能与其在进化过程中密切的亲缘关系有关。本研究利用基因组测序和图谱聚类方法，结合荧光原位杂交（FISH）技术，对这两种植物的重复基因组成分进行了深入分析，旨在揭示它们之间的基因组差异以及B亚基因组的起源与演化。

研究结果显示，*C. purpureus*的重复基因组成分占其基因组的52.23%，而*C. americanus*则达到76.82%。这两种植物的重复序列主要由长末端重复反转录转座子（LTR retrotransposons）构成，这些转座子在基因组中占据主导地位。此外，卫星DNA序列在两种植物中也占有一席之地，分别占其基因组的2.55%和4.17%。研究还发现了四种新的卫星DNA序列，分别对应A、A′和B亚基因组，以及新的着丝粒变异体。这些发现进一步支持了它们在基因组演化过程中经历了多次全基因组复制（WGD）事件，并可能经历了多轮倍增与退化过程，从而影响了它们的重复基因组结构。

本研究通过使用RepeatExplorer2工具进行相似性聚类分析，对两种植物的重复基因组成分进行了全面描述。分析结果表明，尽管*C. purpureus*和*C. americanus*在基因组结构上存在差异，但它们的重复序列具有高度的同源性。在*C. purpureus*中，重复序列主要由*Athila*、*SIRE*和*EnSpm-CACTA*等转座子家族构成，而在*C. americanus*中，这些转座子同样占据重要地位，但其比例更高。值得注意的是，*C. americanus*的重复基因组比例显著高于*C. purpureus*，这可能与其作为可能的古多倍体（paleopolyploid）的特性有关。这一物种在经历至少三次多倍化与二倍化循环后，仍表现出二倍体的染色体行为，这表明其基因组中存在复杂的重复序列动态。

在对卫星DNA序列的分析中，研究团队利用TAREAN工具对两种植物的重复基因组进行了进一步的分类。通过比对和聚类分析，他们发现了14种新的卫星DNA序列，其中10种来自*C. purpureus*，4种来自*C. americanus*。这些序列被分为不同的家族和超家族，依据其序列相似性进行分类。研究发现，一些卫星DNA序列在两个物种中都有分布，而另一些则具有物种或亚基因组特异性。例如，CpaSat1A和CpurSat3Y在*C. purpureus*和*C. americanus*中都表现出一定的重复性，但它们的相似性不足95%，因此被归类为同一家族的不同变体。这些结果不仅揭示了两种植物在重复基因组方面的异同，还为理解它们的基因组演化提供了重要线索。

通过荧光原位杂交（FISH）技术，研究团队进一步验证了这些卫星DNA序列在染色体上的分布情况。结果显示，CpaSat1A和CpurSat3Y在*C. purpureus*和*C. americanus*的染色体上均表现出与着丝粒区域的显著结合。这表明，这些卫星DNA序列可能在染色体结构中发挥着重要作用，尤其是在着丝粒区域的维持和功能上。此外，CpurSat9Z和CpurSat7Y被发现特异性地结合到*C. purpureus*的B亚基因组，而CpurSat5Y则结合到A′亚基因组，这为识别和研究不同亚基因组提供了新的工具和方法。CameSat2B则主要结合到*C. americanus*的亚染色体区域，并在*C. purpureus*中仅在一条染色体上出现，这表明其可能在A和A′亚基因组中具有一定的功能或分布特性。

研究还发现，某些卫星DNA序列在两个物种的基因组中均存在，但它们的分布模式并不完全一致。例如，CameSat2B在*C. americanus*的所有染色体上都有出现，而在*C. purpureus*中仅出现在一条染色体上。这种差异可能反映了两个物种在基因组演化过程中对这些重复序列的不同选择和利用方式。此外，一些卫星DNA序列未能在基因组组装中被成功定位，这可能是由于重复序列在基因组中的复杂性和测序技术的局限性所致。然而，这些序列在FISH实验中仍表现出一定的结合能力，表明它们在染色体结构中可能具有重要的功能。

本研究的结果不仅加深了我们对*Cenchrus*属植物重复基因组结构的理解，还为该属植物的基因组演化提供了新的视角。通过比较分析和物理映射，研究团队揭示了不同亚基因组在重复序列分布上的特征，以及这些重复序列在染色体定位上的具体作用。这些发现对于植物基因组学研究，尤其是多倍体植物的基因组演化，具有重要的理论和应用价值。未来的研究可以进一步利用这些卫星DNA序列作为标记，探索更多关于植物基因组结构和功能的未知领域。